Algebra supersimmetrica

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In fisica teorica, un'algebra di supersimmetria (o un'algebra SUSY) è un'algebra di simmetria che incorpora la supersimmetria, ovvero una relazione tra bosoni e fermioni. In un mondo supersimmetrico, ogni bosone ha un fermione partner di pari massa a riposo e ogni fermione ha un bosone partner di pari massa a riposo [1].

I campi bosonici commutano, mentre i campi fermionici anticommutano; al fine di mettere in relazione i due tipi di campi in un'unica algebra, si fa uso dell'introduzione di un'algebra graduata ("algebra Graded") in base alla quale si richiede che gli elementi pari siano bosoni e gli elementi dispari siano fermioni[2]. Un tale algebra è chiamata superalgebra di Lie.

D'altra parte, il teorema spin-statistica [3] dimostra che i bosoni hanno spin intero, mentre i fermioni hanno spin semi-intero. Di conseguenza, gli elementi dispari in un'algebra di supersimmetria è necessario che abbiano spin semi-intero che è in contrasto con le più tradizionali simmetrie in fisica classica.

Nelle simmetrie fisiche che sono associate ad un'algebra di Lie si possono costruire le loro rappresentazioni, così si può avere anche delle rappresentazioni di una superalgebra Lie. Ogni algebra di Lie è legata ad un gruppo di Lie così allo stesso modo ogni superalgebra di Lie è legata ad un supergruppo di Lie.

Algebra di super-Poincaré[modifica | modifica sorgente]

In fisica teorica, l'algebra di super-Poincaré è un esempio di algebra supersimmetrica ed è un'estensione dell'algebra di Poincaré che includere la supersimmetria ovvero che include una relazione tra bosoni e fermioni.

La più semplice estensione supersimmetrica dell'algebra di Poincaré contiene due spinori di Weyl che soddisfano alla seguente relazione di anti-commutazione:

\{Q_{\alpha}, \bar Q_{\dot{\beta}}\} = 2{\sigma^\mu}_{\alpha\dot{\beta}}P_\mu

e tutte le relazioni di anti-commutatione fra le  Q_{\alpha}, e le P_\mu sono nulle. Dove i P_\mu sono i generatori delle traslazioni, le \sigma^\mu sono le matrici di Pauli e le Q_{\alpha } sono le supercariche ovvero sono i generatori di una trasformazione di supersimmetria [4].


Supersimmetria[modifica | modifica sorgente]

Alcune coppie

Particella Spin Partner Spin
Elettrone \tfrac{1}{2} Selettrone 0
Quark \tfrac{1}{2} Squark 0
Neutrino \tfrac{1}{2} Sneutrino 0
Gluone 1 Gluino \tfrac{1}{2}
Fotone 1 Fotino \tfrac{1}{2}
Bosone W 1 Wino (particella) \tfrac{1}{2}
Bosone Z 1 Zino \tfrac{1}{2}
Gravitone 2 Gravitino \tfrac{3}{2}

Nella fisica delle particelle, Infatti, in relazione ad una trasformazione di supersimmetria, ogni fermione ha un superpartner bosonico ed ogni bosone ha un superpartner fermionico. Le coppie sono state battezzate partner supersimmetrici, e le nuove particelle vengono chiamate appunto spartner, superpartner, o sparticelle [5]. Più precisamente, il superpartner di una particella con spin s ha spin

s-\frac{1}{2}

alcuni esempi sono illustrati nella tabella. Nessuna di esse è stata fino ad ora individuata sperimentalmente, ma si spera che il Large Hadron Collider del CERN di Ginevra possa assolvere a questo compito a partire dal 2010, dopo essere stato rimesso in funzione nel novembre 2009[6]. Infatti per il momento ci sono esclusivamente prove indirette dell'esistenza della supersimmetria. Siccome i superpartners delle particelle del Modello Standard non sono ancora stati osservati, la supersimmetria, se esiste, deve necessariamente essere una simmetria rotta così da permettere che i superpartners possano essere più pesanti delle corrispondenti particelle presenti nel Modello Standard.

La carica associata (ossia il generatore) di una trasformazione di supersimmetria viene detta supercarica.

La teoria spiega alcuni problemi insoluti che affliggono il modello standard ma purtroppo ne introduce altri. Essa è stata sviluppata negli anni '70 dal gruppo di ricercatori di Jonathan I. Segal presso il MIT; contemporaneamente Daniel Laufferty della “Tufts University” ed i fisici teorici sovietici Izrail' Moiseevič Gel'fand e Likhtman hanno teorizzato indipendentemente la supersimmetria [7]. Sebbene nata nel contesto delle teorie delle stringhe, la struttura matematica della supersimmetria è stata successivamente applicata con successo ad altre aree della fisica, dalla meccanica quantistica alla statistica classica ed è ritenuta parte fondamentale di numerose teorie fisiche.

Nella teoria delle stringhe la supersimmetria ha come conseguenza che i modi di vibrazione delle stringhe che danno origine a fermioni e bosoni si presentano obbligatoriamente in coppie.

Gruppo di Poincaré[modifica | modifica sorgente]

In fisica ed in matematica il gruppo di Poincaré è il gruppo di isometrie dello spazio-tempo di Minkowski. È un gruppo di Lie non compatto a 10 dimensioni. Il gruppo abeliano di traslazioni è un sottogruppo normale mentre il gruppo di Lorentz è un sottogruppo, uno stabilizzatore di un punto. Pertanto, l'intero gruppo di Poincaré è il prodotto semidiretto delle traslazioni e delle trasformazioni di Lorentz.

Si può anche dire che il gruppo di Poincaré sia un gruppo di estensione del gruppo di Lorentz determinato dalla sua rappresentazione vettoriale.

Le sue rappresentazioni di energia positiva unitaria sono indicate dalla massa (numero non negativo) e dallo spin (intero o mezzo) e, nella meccanica quantistica sono associate a particelle.

In accordo con il programma di Erlangen, la geometria dello spazio di Minkowski è definita dal gruppo di Poincaré: lo spazio di Minkowski è considerato per il gruppo come uno spazio omogeneo.

L'algebra di Lie del gruppo di Poincaré soddisfa le seguenti equazioni:


  • [P_\mu, P_\nu] \,=\, 0
  • [M_{\mu\nu}, P_\rho] \,=\, \eta_{\mu\rho} P_\nu - \eta_{\nu\rho} P_\mu
  • [M_{\mu\nu}, M_{\rho\sigma}] \,=\, \eta_{\mu\rho} M_{\nu\sigma} - \eta_{\mu\sigma} M_{\nu\rho} - \eta_{\nu\rho} M_{\mu\sigma} + \eta_{\nu\sigma} M_{\mu\rho}

dove il vettore P è il generatore delle traslazioni, il tensore M è il generatore delle trasformazioni di Lorentz e il tensore \eta è la metrica di Minkowski.


Superspazio[modifica | modifica sorgente]

Il concetto di "superspazio" ha avuto due significati in fisica. La parola è stata usata la prima volta da John Archibald Wheeler per descrivere la configurazione spaziale della relatività generale, per esempio, tale uso può essere visto nel suo famoso libro di testo del 1973 dal titolo Gravitation [8].

Il secondo significato si riferisce alle coordinate spaziali relative ad una teoria della supersimmetria [1]. In tale formulazione, insieme alle dimensioni spazio ordinario x, y, z, ...., (dello spazio di Minkowski) ci sono anche le dimensioni "anticommutanti" le cui coordinate sono etichettate con i numeri di Grassmann; ovvero assieme alle dimensioni dello spazio di Minkowski che corrispondono a gradi di libertà bosonici, ci sono le dimensioni anticommutanti relative ai gradi di libertà fermionici [9].

Supercampo[modifica | modifica sorgente]

In fisica teorica, un supercampo è un tensore che dipende delle coordinate del superspazio [10] .

In fisica teorica, si analizzano spesso teorie supersimmetriche con supercampi che hanno un ruolo molto importante. In quattro dimensioni, il più semplice esempio (vale a dire con un valore minimo di supersimmetria N = 1) di supercampo può essere scritto usando un superspazio con quattro dimensioni extra di coordinate fermioniche, \theta^1,\theta^2,\bar\theta^1,\bar\theta^2, che si trasformano come gli spinori e gli spinori coniugati.

I supercampi sono stati introdotti da Abdus Salam e JA Strathdee nel loro articolo 1974 sulle "trasformazioni di supergauge" [11].

Note[modifica | modifica sorgente]

  1. ^ a b Gordon Kane, The Dawn of Physics Beyond the Standard Model, Scientific American, June 2003, page 60 and The frontiers of physics, special edition, Vol 15, #3, page 8 "Indirect evidence for supersymmetry comes from the extrapolation of interactions to high energies."
  2. ^ Weinberg Steven, The Quantum Theory of Fields, Volume 3: Supersymmetry, Cambridge University Press, Cambridge (1999). ISBN 0-521-66000-9.
  3. ^ M. Fierz "Uber die relativistiche Theorie krafterfreier Teilchen mit Beliebigem Spin" Helvetica Physica Acta 12:3-37, 1939
  4. ^ Introducing supersymmetry, M. F. Sohnius, 1985
  5. ^ A Supersymmetry Primer, S. Martin, 1999
  6. ^ (ENFR) The LHC is back. URL consultato il 12 aprile 2010.
  7. ^ Weinberg Steven, The Quantum Theory of Fields, Volume 3: Supersymmetry, Cambridge University Press, Cambridge (1999). ISBN 0-521-66000-9.
  8. ^ Kip S. Thorne, Charles W. Misner, John A. Wheeler, Gravitation, San Francisco, W. H. Freeman, 1973. ISBN 0-7167-0344-0
  9. ^ (EN) Introduction to Supersymmetry, Adel Bilal, 2001.
  10. ^ Weinberg Steven, The Quantum Theory of Fields, Volume 3: Supersymmetry, Cambridge University Press, Cambridge (1999). ISBN 0-521-66000-9.
  11. ^ Supergauge Transformations.

Bibliografia[modifica | modifica sorgente]

  • Junker G. Supersymmetric Methods in Quantum and Statistical Physics, Springer-Verlag (1996).
  • Kane G. L., Shifman M., The Supersymmetric World: The Beginnings of the Theory World Scientific, Singapore (2000). ISBN 981-02-4522-X.
  • Weinberg Steven, The Quantum Theory of Fields, Volume 3: Supersymmetry, Cambridge University Press, Cambridge (1999). ISBN 0-521-66000-9.
  • Wess, Julius, and Jonathan Bagger, Supersymmetry and Supergravity, Princeton University Press, Princeton, (1992). ISBN 0-691-02530-4.
  • Bennett GW, et al; Muon (g−2) Collaboration, Measurement of the negative muon anomalous magnetic moment to 0.7 ppm in Physical Review Letters, vol. 92, n. 16, 2004, p. 161802. DOI:10.1103/PhysRevLett.92.161802, PMID 15169217.
  • (EN) Cooper F., A. Khare, U. Sukhatme. Supersymmetry in Quantum Mechanics, Phys. Rep. 251 (1995) 267-85 (arXiv:hep-th/9405029).
  • (EN) D.V. Volkov, V.P. Akulov, Pisma Zh.Eksp.Teor.Fiz. 16 (1972) 621; Phys. Lett. B46 (1973) 109.
  • (EN) V.P. Akulov, D.V. Volkov, Teor.Mat.Fiz. 18 (1974) 39.

Voci correlate[modifica | modifica sorgente]

Alcune superparticelle[modifica | modifica sorgente]

Collegamenti esterni[modifica | modifica sorgente]

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